项目背景

　　1.1 Kras基因突变型结直肠癌的治疗进展

　　约40.6%的结直肠癌患者伴有大鼠肉瘤病毒（rat sarcoma，RAS）基因突变，是表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor，EGFR）单抗治疗效果的负向预测指标。RAS 家族包括 KRAS、NRAS 和 HRAS，其中 KRAS 基因突变率最高，其最常突变的位点为 12、13 位密码子。RAS 基因编码 RAS 蛋白，其为膜结合型的鸟苷三磷酸（guanosine triphosphate，GTP）/鸟苷二磷酸（guanosine diphosphate，GDP）结合蛋白，是EGFR信号通路的一个重要组成部分。在信号转导过程中，RAS蛋白磷酸化后进入活化状态，从而进行信号转导，而RAS蛋白内在的GTP 酶活性又能使GTP去磷酸化为GDP，使其恢复至无活性状态。RAS基因发生突变后，抑制了其内在的GTP酶活性，使KRAS蛋白一直处于活化状态，导致迅速加速纤维肉瘤蛋白（rapidly accelerated fibrosarcoma，RAF）-MEK 信号通路不再依赖EGFR上游信号的指令而持续异常激活。激活的RAS蛋白也可以直接将磷脂酰肌醇-3-羟激酶（phosphatidylinositol 3-hydroxy kinase，PI3K）募集到细胞表面，激活PI3K-蛋白激酶B（protein kinase B，PKB，又称为AKT）信号通路。通过激活这些不同的细胞内蛋白质，KRAS 可以引起细胞持续生长，从而发生癌变。

　　1.2糖代谢异常与肿瘤的关系

　　近年来对于肿瘤代谢的研究越来越多。近年来的研究表明，代谢改变是肿瘤细胞的一个标志性特征，也是肿瘤发生发展的一个关键因素。肿瘤细胞标志性的代谢改变是无论在氧供应充足还是氧气不足的情况下，其糖酵解水平维持在高水平，这种现象称为有氧糖酵解。这种现象由Warburg于1956年首次发现，因此又称为Warburg效应。Warburg效应的特点是与正常细胞相比，肿瘤细胞具有更高的葡萄糖摄取量及乳酸生成量。近年来的研究证明Warburg效应在肿瘤发生中起到了关键作用，但是其机制并没有被完全阐明。越来越多的研究表明能量代谢异常可能影响肿瘤的发生发展，这也使代谢组学在肿瘤研究中方兴未艾。结直肠癌增殖极快且具有极高的侵袭性，而Warburg效应对结直肠癌生长及转移的影响及具体机制的相关报道依然较少，通过调控Warburg效应来抑制结直肠癌生长及转移的机制仍需要被积极探索。

　　1.3 Notch 信号通路在结直肠癌中的研究进展

　　Notch 信号转导通路由 Notch 受体、Notch 配体和CSL-DNA 结合蛋白 3 部分组成。其中，哺乳动物体内共表达 4 种 Notch 受体（Notch1、Notch2、Notch3 和Notch4）和 5 种 Notch 配体（Delta-like1、Delta-like3、Delta-like4、Jagged1、Jagged2），在哺乳动物中 Jagged1 是第 1 个被证实的 Notch受体的配体。Notch 与 Jagged1 发生受体配体结合后，Notch 信号通路即被激活，引起 Notch 受体细胞外结构改变，导致受体细胞外 S2 酶切位点暴露，然后通过ADAM 金属蛋白酶家族的 TACE 或 Kuz 酶切， Notch 受体释放胞外区。这一过程使 S3 切割位点被 γ-Secretase蛋白酶复合体催化，最终释放 Notch 受体胞内区 NICD入核，然后与 DNA 结合蛋白 CSL 及 MAML 结合成三聚体，调节下游靶基因的转录，影响细胞增殖、凋亡、黏附和分化等生物学行为。

　　1.4 C-Myc是糖酵解过程中的重要调控因子

　　ACAA2可以通过Notch通路抑制结直肠癌细胞内c-Myc的表达，过表达ACAA2的表达可使结直肠癌细胞内c-Myc降低。C-Myc基因最早发现的一种原癌基因，据统计，在20%的人类癌症中处于活化状态。C-Myc的羧基端包含一个HLH-LZ区，该区与CAC/TGTG序列(一种称为E盒的保守核苷酸序列)之间具有特异的结合作用，并通过结合该E盒而启动基因转录，据统计，c-Myc参与调控从果蝇到人类等高等生物细胞基因组中15%的基因。近几年来发现c-myc在代谢过程中同样起着重要的作用。最早被报道的是c-Myc可以促进乳酸脱氢酶A（LDHA）的转录，LDHA是糖酵解过程中的一个重要因子，它将丙酮酸转化为乳酸。之后的研究中，研究人员发现了c-Myc还可以转录激活多种糖酵解过程中的关键分子，这些基因包括葡萄糖转运蛋白GLUT1，己糖激酶2（HK2），磷酸果糖激酶（PFKM）等。通过对这些基因的上调，c-Myc直接增强Warburg效应并且提供肿瘤生长转移中的能量。

　　为了深化肿瘤领域研究开展，提升我国基础科研能力，响应国家不断深入并提升医疗水平的精神。北京医学奖励基金会特设立“ACAA2通过调控Notch信号通路抑制KRAS突变型结直肠癌细胞的糖酵解途径和恶性进展”项目。

　　项目内容

　　近年来研究发现肿瘤的发生发展与能量代谢异常关系密切，尤其是糖代谢途径。约有40%的结直肠癌患者表现Kras突变, Kras突变的患者更易出现化疗耐药及远处转移。课题组前期研究中通过对结直肠癌DLD1细胞系的Kras野生型及突变型进行测序，发现Kras突变型结直肠癌细胞系中乙酰辅酶A酰基转移酶2（acetyl-CoA acyltransferase 2，ACAA2）呈低表达状态，同时，TCGA数据库中提示ACAA2在结直肠癌中较正常组织中呈低表达，预示更长的生存期。课题组通过慢病毒转染结直肠癌细胞系过表达ACAA2可显著减弱糖酵解效应，同时抑制了结直肠癌细胞的增殖和转移。因此，我们提出假设：ACAA2可以抑制结直肠癌的Warburg效应及增殖、转移。本课题组将稳定转染过表达ACAA2的结直肠癌细胞系及对照组进行测序，提示ACAA2可以抑制Notch通路。为了探索Kras突变型结直肠癌中ACAA2低表达的原因，课题组将检测EGFR信号通路中的分子是否可以调控ACAA2，完善机制的探索。最后，我们提出猜想：Kras突变引起结直肠癌细胞中ACAA2低表达，而ACAA2具有影响Notch通路干预糖酵解途径抑制结直肠癌的增殖及转移作用，进而在Kras突变型结直肠癌中担任角色。具体研究内容如下：

　　（1）利用DLD1细胞系Kras野生型及突变型测序得到研究目标ACAA2；

　　（2）体外实验验证ACAA2对人结直肠癌细胞Warburg效应和发生发展的影响；

　　（3）观察Warburg效应对结直肠癌生长及转移的影响；

　　（4）筛选ACAA2可能调控的通路；

　　（5）探索调控ACAA2的通路因子。

　　项目对象

　　 KRAS突变型结直肠癌细胞系及相应的动物模型。

　　项目时间

　　自2021年1月至2026年1月

　　项目联系人

　　朱少敏 联系电话：15010624992